光纤期末考复习整理

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1. P21966年，英籍华裔学者高锟（光纤通信之父）和霍克哈姆发表了关于传输介质新概念

的论文，指出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，奠定光纤通信的基础。（填空）

2. P5电缆通信和微波通信的载波是电波，光纤通信的载波是光波。虽然光波和电波都是电

磁波，但是频率差别很大。光纤通信用的近红外光（波长约为1μm）的频率（约300THz）比微波（波长为0.1m~1mm）的频率（3~300GHz）高3个数量级以上。（填空）

3. P5什么是光纤通信？光纤通信的优点？

以光波为载波，以光纤作为传输介质的通信方式；优点：1）容许频带很宽，传输容量很大。2）损耗很小，中继距离很长且误码率很小。3）重量轻、体积小。4）抗电磁干扰性能好。5）泄露小，保密性能好。6）节约金属材料，有利于资源合理使用。（简答）

4. P14光纤的结构：纤芯、包层、（涂覆层）。设纤芯和包层的折射率分别为n1、n2，光能

量在光纤传输的必要条件是n1>n2。运用全反射原理。（填空）

5. P15按折射率，光纤类型可分为：突变（阶跃）型和渐变型

突变型多模光纤：直径2a=50~80μm，光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变大。

渐变型多模光纤：直径2a=50μm，光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变小。

单模光纤：直径只有8~10μm，光线以直线形状沿纤芯中心轴线方向传播，其信号畸变很小。图2.2 ，看图选择

6. P17

2根据传播条件，定义临界角?c的正弦为数值孔径。NA= n0 sin (θmax) =

2。式中??(n1?n2)/n1为相对折射率差n1?n2?n12?（n0为空气的折射率=1）

NA表示光纤接收和传输光的能力。

1）NA越大，纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。 2）NA越大经光纤传输后产生的信号畸变越大例题：

设光纤的纤芯折射率n1=1.500，包层折射率n2=1.485。求: （1）相对折射率差Δ；??n1?n2n1?1.500?1.4851.500?。

（2）数值孔径NA；NA?n12??1.500（3）入射临界角θmax 。?max?sin?12?0.01??1

0.01

0.21

(NA)?sin(0.21)?

12.12

7. 只有渐变型多模光纤具有自聚焦效应，不仅不同入射角相应的光线会聚在同一点上，

而且这些光线的时间延迟也近似相等。

8. P24（多模）传输模数（模的数量）

M?(gg?2)akn??(2221gg?2)? g为光纤中纤芯的折射率分布参数。V为归一化频率。 2222?22 V ? a n 1 ? n 2 （a为半径）

?对于阶跃光纤， g＝∞，其模式数目为 M?V

2对于渐变光纤, g＝２，其模式数目为

M?V2

4例：如果纤芯直径数值孔径NA=0.275,工作波长??1300nm,计算渐变折射率的模式数量。

V?2?22an1?n2?(3.14?62.5?10?0.275)/1300?102?VM??4314?6?9?41.59. P25单模传输条件为V有的纤芯半径。

?a?

n12??2.405

?例：已知某阶跃型光纤参数Δ=0.003，n1=1.46，光波长λ=1.31μm，求单模传输时光纤应具

??V?2?an1?n2?2.405222?a?2.405?2?n12??2.405?1.31?10?62??1.462?0.003?4.44μm10. 损耗和色散是光纤最重要的传输特性。损耗限制系统的传输距离，色散则限制系统的

传输带宽。

产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散。

11. P27色散(Dispersion)是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟（传播速

度）不同而产生的一种物理效应。一般包括模式色散、材料色散和波导色散。多模光纤: 模式色散占主要地位.

单模光纤: 材料色散和波导色散共同影响总色散. 材料色散和波导色散通称为色度色散（波长色散）。

色散系数的单位为：ps/(nm·km)

12. P35 G.651多模渐变型光纤：这种光纤在光纤通信发展初期广泛应用于中小容量、中

短距离的通信系统。（只有G.651为多模光纤）

G.652 常规单模光纤: 是第一代单模光纤，其特点是在波长零色散波长1.31 μm 色散为零，系统的传输距离只受损耗的限制。这种光纤既可用于 1.31 μm 波长区，也可用于1.55 μm 波长区，是一种可供双窗口应用的单模光纤。（使用得最多）

G.653色散位移单模光纤：是第二代单模光纤，其特点是在波长零色散波长1.31 μm 色

散为零，损耗有最小。之中光纤适用于大容量长距离通信系统。可用于海底传输。 G.654：这种光纤实际是一种用于1.55 μm该进的常规单模光纤，目的是增加传输距离。 G.655：非零色散光纤，是一种该进的色散移位光纤。

13. P32光纤的损耗：是影响光纤传输特性的一个重要指标。由于损耗的存在，将会减小传

输光信号的能量，使信号传输的距离受到限制。主要包括：吸收损耗、散射损耗和辐射损耗通信中习惯用损耗系数表示损耗??10LlgPiP0(dB/km)

14. P37光缆一般由缆芯和护套两部分组成。

第三章通信用光器件

15. P48通信用光器件可以分为有源器件和无源器件两种类型。有源器件包括光源、光检测

器和光放大器，这些器件是光发射机、光接收机和光中继器的关键器件，和光纤一起决定着基本光纤传输系统的水平。光无源器件主要有连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关和隔离器等，这些器件对光纤通信系统的构成、功能的扩展和性能的提高都是不可缺少的。

16.光源是光发射机的关键器件，其功能是把电信号转换为光信号。目前光纤通信广泛使用

的光源主要有半导体激光二极管或称激光器（LD）和发光二极管或称发光管（LED）

17.有源器件的物理基础是光和物质的相互作用的效应。主要有：受激吸收、受激辐射、自

发辐射。

18.P49晶体中电子按能级的分布

通常情况下，N2

? 光经过晶体时，受激吸收占主要地位，光被衰减吸收。

? 如果N2>N1，即受激辐射大于受激吸收，当光通过这种物质时，会产生放大作用，

这种物质称为激活物质。N2>N1的分布和正常状态(N1>N2)的分布相反,所以称为粒子(电子)数反转分布。

? 为了使物质发光，必须进行粒子数反转分布，有多种方法可以实现能级之间的粒子

数反转分布状态(泵浦技术），这些方法包括光激励方法、电激励方法等。或按书本答案表述：

假设能级E1和E2,上的粒子数分别为N1和N2，在正常的热平衡状态下，低能级E1上的粒子数N1是大于高能级E2上的粒子数N2的，入射的光信号总是被吸收。为了获得光信号的放大，必须将热平衡下的能级E1和E2上的粒子数N1和N2的分布关系倒过来，即高能级上的粒子数反而多于低能级上的粒子数，这就是粒子数反转分布。当光通过粒子数反转分布激活物质时，将产生放大。

19. P51粒子数反转分布是受激辐射的必要条件，但还不能产生激光。只有把激活物质置于

光学谐振腔中，对光的频率和方向进行选择，才能获得连续的光放大和激光震荡输出。

2nLccq?=或f==q?2nLn为激活物质的折射率基本的光学谐振腔由两个放射率分别为R1和R2的平行反射镜构成，并被称为法布里—珀罗谐振腔。 2n L c cq

?=q或f=20. P51激光震荡的相位条件为： L为谐振腔的长度。

n为激活物质的折射率?=2nLf ?21.相邻两纵模之间的频率之差： ?

2nLc纵模的波长间隔与频率间隔的关系是： ? f ? 2 ? ?

?c22. P57发光二极管（LED）的工作原理与激光器（LD）有所不同，LD发射的是受激辐射光

（相干光），LED发射的是自发辐射光（非相干光）。LED的结构和LD相似，大多是采用双异质结构，把有源层夹在P型和N型限制层中间，不同的是LED不需要光学谐振腔，没有阈值。发光二极管有两种类型：一类是正面发光型LED，另一类是侧面发光型LED。（如果有三个空格的话，则第三类填超辐射发光二极管。）

23.扩展内容：LD和LED的差别

激光器被视为20世纪的三大发明（还有半导体和原子能）之一，特别是半导体激光器LD倍受重视。

光纤通信中最常用的光源是半导体激光器LD和发光二极管LED。

主要差别：